\documentclass{article}

% Pacotes Utilizados -----------------------------------------------------------
\usepackage[brazil]{babel}
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{graphicx}
\usepackage{sbc-template}
\usepackage[colorlinks]{hyperref}

% Informações Pessoais ---------------------------------------------------------
\title{Relatório sobre Implementação de Calculadora Didática}
\author{Wanderson Henrique Camargo Rosa\inst{1} \and{} Emanuel Zabka\inst{1}}
\address{
Eletrônica Digital I --- 2012/1\\
Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas\\
Universidade do Vale do Rio dos Sinos --- UNISINOS
\email{\{wandersonwhcr,emanuelzabka\}@gmail.com}
}

% Documento --------------------------------------------------------------------
\begin{document}

\maketitle{}

O presente documento apresenta o Relatório sobre desenvolvimento de calculadora
didática, solicitada como Projeto Prático GB1 desta disciplina. Utilizando um
circuito integrado 74LS381, as operações solicitadas foram implementadas. Para
exibir os valores de entrada e saída, houve a necessidade de implementação de um
\emph{display} de 7 segmentos e um conjunto de multiplexadores para exibição dos
dois valores de entrada e único de saída.

Portanto, durante a construção, podemos dividir o conjunto de componentes em
três módulos distintos: a apresentação do conteúdo num \emph{display} de 7
segmentos, seletor de entradas no \emph{display} utilizando um conjunto de
multiplexadores e aplicação das operações solicitadas no circuito integrado em
questão.

% Display de 7 Segmentos -------------------------------------------------------
\section{\emph{Display} de 7 Segmentos}

Para visualizar os valores apresentados como entradas ao circuito integrado
responsável pelos cálculos aritméticos e lógicos, bem como seu valor resultante
na saída, precisamos criar um módulo para exibição destes valores num
\emph{display} de 7 segmentos.

Para isto, utilizamos o circuito integrado 74LS47N que recebe como parâmetros de
entrada os 4 valores binários e apresenta como saída 7 valores que devem ser
apresentados ao \emph{display}. Para evitar posteriores ruídos ocorridos durante
a implementação da calculadora didática, precisamos aplicar um resistor de
470ohms em cada entrada do circuito integrado. O diagrama elétrico pode ser
visualizado conforme Figura \ref{fig:ci7447}.

\begin{figure}
    \centering{}
    \includegraphics[width=\textwidth]{ci7447.ps}
    \caption{Circuito Elétrico para \emph{Display} de 7 Segmentos}
    \label{fig:ci7447}
\end{figure}

Como podemos visualizar, o circuito possui 4 entradas A3 até A0 que serão
consideradas como entradas do módulo do \emph{display}. Podemos então exibir o
módulo de forma mais genérica conforme Figura \ref{fig:s-ci7447}.

\begin{figure}
    \centering{}
    \includegraphics[scale=0.3,angle=270]{s-ci7447.ps}
    \caption{Circuito Elétrico para \emph{Display} de 7 Segmentos Simplificado}
    \label{fig:s-ci7447}
\end{figure}

% Multiplexadores --------------------------------------------------------------
\section{Multiplexadores}

Para exibir os dois valores de entrada e único de saída no mesmo \emph{display},
resultantes dos cálculos aritméticos e lógicos, precisamos utilizar 3 circuitos
integrados multiplexadores 74LS157 que irão receber como 3 entradas de 4
\emph{bits} dos valores que devem ser exibidos.

Para seleção do valor que deverá ser exibido no \emph{display} de 7 segmentos,
vamos utilizar os seletores disponíveis em cada multiplexador, direcionando
assim a saída desejada para o módulo de exibição. O diagrama elétrico pode ser
visualizado conforme Figura \ref{fig:ci74157}.

\begin{figure}
    \centering{}
    \includegraphics[width=\textwidth]{ci74157.ps}
    \caption{Circuito Elétrico para Multiplexadores}
    \label{fig:ci74157}
\end{figure}

Como podemos visualizar, as entradas A e B que serão apresentadas ao circuito
integrado responsável pelo processamento aritmético e lógico devem também ser
apresentadas para este módulo, assim como o resultado do processamento deve ser
adicionado na entrada F desta estrutura. A exibição é dada conforme os sinais
que são apresentados às entradas S0 e S1. Quando S0 e S1 estão em nível baixo, a
saída é dada para a entrada A; quando S0 está em nível alto e S1 em nível baixo,
a saída é atribuída para a entrada B; e quando S1 está em nível alto,
independendo do valor de S0, a saída é dada para o valor apresentado em F da
estrutura.

Com o desenvolvimento deste módulo, podemos representá-lo com uma estutura mais
simples e concatená-lo à estrutura responsável pelo \emph{display} de 7
segmentos, conforme Figura \ref{fig:s-ci74157-ci7447}.

\begin{figure}
    \centering{}
    \includegraphics[scale=0.5,angle=270]{s-ci74157-ci7447.ps}
    \caption{Circuito Elétrico para Multiplexadores com \emph{Display}
        Simplificado}
    \label{fig:s-ci74157-ci7447}
\end{figure}

% Calculadora Didática ---------------------------------------------------------
\section{Calculadora Didática}

Agora que temos a estrutura básica de exibição de entradas e saída em
\emph{display}, podemos desenvolver o módulo para execução de cálculos
aritméticos e lógicos, utilizando o circuito integrado 74LS381, uma ULA de 4
\emph{bits}.

Utilizando \emph{dip switches}, vamos conectar as entradas A e B no circuito
integrado de cálculos e nos multiplexadores, que também irão receber a saída
resultante. Também serão conectados aos \emph{dip switches} os 2 valores
seletores de visualização no \emph{display}, bem como os 3 valores seletores de
função a ser executada sobre os dados de entrada, disponíveis no circuito
responsável pelos cálculos. O diagrama elétrico pode ser visualizado na Figura
\ref{fig:ci74381}.

\begin{figure}
    \centering{}
    \includegraphics[width=\textwidth]{ci74381.ps}
    \caption{ULA 4 \emph{bits} com Multiplexadores e \emph{Display}}
    \label{fig:ci74381}
\end{figure}

Conforme a figura apresentada, existem 3 conjuntos de \emph{dip switches}
responsáveis pelo controle do circuito. O \emph{dip switch} D2 é responsável
pelo controle das funcionalidades do circuito, onde os dois primeiros manipulam
os multiplexadores e os demais as funções da ULA. Os \emph{dip switches} D1 e D0
são responsáveis pelas entradas A e B, respectivamente. Porém, o pino 1 de D0 é
responsável pelo \emph{carry} que deve ser informado quando uma subtração está
selecionada.

% Implementação ----------------------------------------------------------------
\section{Implementação}

Seguindo o circuito elétrico apresentado, a estrutura criada foi implementando
uma matriz de contatos, apresentado conforme Figura \ref{fig:protoboard-1}.
Buscando aproveitamento de espaço, o segundo trabalho da disciplina foi
desenvolvido na região central da matriz de contatos, não possuindo nenhum
recurso funcional para este trabalho.

\begin{figure}
    \centering{}
    \includegraphics[width=\textwidth]{protoboard-1.ps}
    \caption{Matriz de Contatos com o Circuito Eletrônico}
    \label{fig:protoboard-1}
\end{figure}

Como podemos ver, os 3 módulos criados estão em regiões distintas e comunicam-se
através de contatos devidamente posicionados, facilitando a conexão. Para a
implementação, foram utilizados os seguintes componentes.

\begin{itemize}
    \item 03 \emph{dip switches} de 5 entradas;
    \item 14 resistores de 1Kohm;
    \item 12 resistores de 470ohms;
    \item 01 SN74LS381AN circuito integrado para ULA;
    \item 03 GD74LS157 circuito integrado para multiplexadores;
    \item 01 DM74LS47N circuito integrado para conversor BCD para 7 segmentos;
    \item 01 \emph{led} verde; e
    \item 01 FYS-5611BS-21 \emph{display} de 7 segmentos; e
    \item fios condutores diversos para matriz de contatos.
\end{itemize}

% Conclusão --------------------------------------------------------------------
\section{Conclusão}

A construção de um circuito eletrônico complexo pode ter sua dificuldade
reduzida se desenvolvido em módulos. Alguns problemas foram encontrados,
principalmente nos valores de entrada no módulo para o \emph{display} de 7
segmentos, onde foram encontrados pequenos ruídos que faziam a exibição errada
dos valores. Buscando diminui o valor na entrada, foram adicionados resistores
de 470ohms em suas entradas, conectados ao nível baixo.

Muitas ferramentas utilizadas na área da eletrônica deixaram de ser utilizadas
por desconhecimento funcional por parte dos autores. Estamos cursando esta
disciplina sem possuir uma devida introdução à eletrônica, possível quando
solicitada como displina optativa de fins gerais nesta Universidade.

Estudos um pouco mais aprofundados na ferramenta de construção de esquemas
eletrônico gEDA, porém não visando a simulação de circuitos, somente ainda com o
desenvolvimento da estrutura. Temos como resultados melhores diagramas elétricos
neste trabalho, se comparado com o primeiro trabalho da disciplina.

Com um melhor aprendizado sobre ferramentas, principalmente sobre multímetros, e
outros componentes, como capacitores, podemos buscar maiores conhecimentos com
Arduino, utilizando projetos com programação Bluetooth, foco aplicado durante
outras disciplinas do curso.

\end{document}

